ES2217481T3 - Dispositivo de proteccion para una bateria electroquimica de recarga multiple. - Google Patents

Dispositivo de proteccion para una bateria electroquimica de recarga multiple.

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ES2217481T3 ES98121497T ES98121497T ES2217481T3 ES 2217481 T3 ES2217481 T3 ES 2217481T3 ES 98121497 T ES98121497 T ES 98121497T ES 98121497 T ES98121497 T ES 98121497T ES 2217481 T3 ES2217481 T3 ES 2217481T3
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Klaus Bodganowitz
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Abstract

Sistema de protección para batería múltiple recargable. El sistema de protección incluye un alojamiento de protección herméticamente cerrado (54), que acepta el alojamiento de batería (12). Una alteración de la forma ejerce una presión sobre el órgano detector (62) para una condición operativa no permitida de la batería (10), y es parte de un sistema implantable. Al menos un órgano de conmutación está diseñado como un conmutador NC o se puede ajustar. Para una condición operativa no permitida de la batería (10), se interrumpe un circuito de recarga de corriente, que es alimentado mediante un sistema de carga.

Description

Dispositivo de protección para una batería electroquímica de recarga múltiple.
La invención concierne a un dispositivo de protección para una batería electroquímica de recarga múltiple, con una carcasa de batería, presentando el dispositivo de protección al menos un órgano de conexión que se puede accionar por un órgano de detección que está diseñado o que se puede ajustar para impedir una recarga y/o descarga de la batería cuando ésta se encuentra en un estado inadmisible para el servicio.
En las baterías electroquímicas se puede llegar, por ejemplo, en caso de carga excesiva o en caso de un cortocircuito entre los contactos de conexión de la carcasa de la batería, a un incremento de la presión en el interior de la carcasa de la batería que produzca una deformación de la carcasa de la batería, la cual puede llegar a ser tan grande que salgan al exterior los productos químicos, en particular en forma de gases.
Por los documentos EP-A-0 322 112, EP-A-0 360 395 y EP-A-0 370 634 es conocida la provisión de baterías electroquímicas con un órgano de conexión que, cuando se sobrepasa una determinada deformación límite aún tolerada de la carcasa de la batería, se corta con preferencia de modo irreversible, el contacto eléctrico de conexión de un correspondiente electrodo electroquímicamente activo para impedir que continúe la deformación de la carcasa de la batería. La carcasa de la batería comprende un tramo de carcasa conductor de la electricidad, de forma cilíndrica y frontalmente cerrado que está en contacto con un electrodo, estando el órgano de conexión de forma de disco sujeto por fuera contra el centro de la cara frontal por medio de una sustancia adhesiva aislante de la electricidad. El órgano de conexión que también es conductor de la electricidad, en su posición básica establece a través de su borde exterior una conexión eléctrica entre la sección de la carcasa y el contacto de unión eléctrica que sobresale hacia fuera dispuesto en el centro del órgano de conexión. Ante un crecimiento de la presión en el interior de la carcasa de la batería, la cara frontal de la sección de la batería que actúa como órgano de detección se abomba hacia fuera, con lo cual se interrumpe el contacto entre la sección de la carcasa y el borde exterior del órgano de conexión y por consiguiente entre uno de los electrodos y el contacto de unión. Como campo típico de aplicación de tales órganos de conexión se mencionan las baterías estándar del tipo "D". El abombamiento de la cara frontal a partir del cual el órgano de conexión interrumpe el contacto eléctrico alcanza en este caso el valor de 0,76 mm a 1,8 mm. En caso de un abombamiento mayor que 1,8 mm, por regla general hay que contar con la salida al exterior de productos químicos procedentes del interior de la carcasa de la batería.
El documento EP-A-0 470 726 hace pública una batería electroquímica con una carcasa de batería cilíndrica y una membrana de presión como órgano de detección, que está integrada frontalmente en la carcasa de la batería y que se abomba ante el crecimiento de la presión en el interior de la carcasa de la batería, por lo cual un órgano de conexión con forma de disco unido con el centro de la membrana de presión interrumpe de modo reversible o irreversible el contacto eléctrico entre un electrodo y un contacto de unión de la batería.
Por el documento EP-A-0 674 351 es conocida una batería electroquímica cuya carcasa de batería comprende un dispositivo de corte que se puede accionar por una membrana de presión que cuando se sobrepasa una presión límite en el interior de la carcasa de la batería corta de modo irreversible un conductor eléctrico que une un contacto de unión de la batería con un electrodo electroquímicamente activo.
Incluso con el empleo de un órgano de conexión que cuando se sobrepasa una determinada presión en el interior de la carcasa de la batería interrumpe la conexión eléctrica entre un contacto de unión y el correspondiente electrodo electroquímicamente activo, es posible que la presión continúe subiendo y se llegue finalmente a una salida de productos químicos de la carcasa de la batería o que incluso ésta explote por completo. Por este motivo ha sido propuesto (por ejemplo en los documentos EP-A-0 364 995, EP-A-0 573 998 o EP-A-0 739 047) proveer la membrana de presión que acciona el órgano de conexión y que está integrada en la carcasa de la batería con una zona de ruptura a través de la cual tras la activación del órgano de conexión y la continuación del crecimiento de la presión puedan salir productos químicos del interior de la carcasa de la batería.
Los dispositivos de protección para baterías electroquímicas realizados con el estado de la técnica mencionado antes no son apropiados para el empleo como partes de dispositivos que se puedan implantar puesto que para ello se tienen que cumplir exigencias particularmente elevadas, en especial con relación a la seguridad y la fiabilidad operacional reduciendo a la vez al máximo todas las dimensiones. Es necesario excluir de todas las condiciones de servicio la posible contaminación con sustancias tóxicas de los tejidos de alrededor y la amenaza para el soporte de la implantación debido a un funcionamiento defectuoso de la batería.
La invención expuesta en la reivindicación 1 tiene como tarea principal presentar un dispositivo de protección para una batería electroquímica de recarga múltiple que satisfaga las exigencias específicas para las piezas de los dispositivos implantables.
Esta tarea queda resuelta de acuerdo con la invención con un dispositivo de protección que cumpla con las características del preámbulo de la reivindicación 1 debido a que el dispositivo de protección comprende una carcasa de protección con sello hermético que
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aloja la carcasa de la batería,
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imprime un cambio de forma al órgano de detección cuando en la batería aparecen condiciones de servicio inadmisibles, y
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es parte de un dispositivo implantable.
Cuando la carcasa de protección aloja con sellado hermético la carcasa de la batería, incluso no hace falta poner exigencias especiales a la carcasa de la batería. Así pues es posible utilizar una batería convencional, por ejemplo una pila usual con forma de botón sin que haya que vigilar la elección del material o cosas similares. Los productos químicos que salgan del interior de la carcasa de la batería son retenidos de forma segura en la carcasa de protección con sellado hermético, la cual se puede configurar a prueba de explosiones. Bajo la denominación estanqueidad se entiende aquí de modo preferente el sellado hermético de gases de acuerdo con Mil-Std 883 D. Mediante esta ejecución se garantiza que, con el empleo de las baterías recargables o de los acumuladores en una implantación electrónica que incluso se han reinstalado en una carcasa con sellado hermético y además biocompatible, no pueden salir de la carcasa de protección además de sustancias tóxicas líquidas tampoco gases. Tales gases aparecen básicamente en pequeñas cantidades incluso durante el servicio normal del acumulador de acuerdo con las normas. Mediante el sellado hermético frente a gases de la carcasa de protección se impide con seguridad la amenaza de la electrónica circundante; esto significa que los elementos del circuito electrónico, en particular los cableados integrados, pueden permanecer si protección puesto que no es posible la contaminación ni siquiera por las más pequeñas cantidades de gases que puedan salir de la batería.
Puesto que cuando se produce una situación inadmisible de la batería el órgano de detección no transmite una deformación directamente procedente de la carcasa de la batería sino procedente de la carcasa de protección con sellado hermético, es posible en principio que se detecte como estado de servicio inadmisible incluso una salida continua de productos químicos procedentes de la carcasa de la batería, lo cual conduce a un incremento de presión en la carcasa de protección.
Por una parte la separación funcional entre batería y carcasa de la batería y por la otra parte entre la carcasa de protección y el órgano de detección con la deformación transmitida por la carcasa de protección, permiten una selección independiente y una optimización de cada uno de los componentes. Por ejemplo, las exigencias en cuanto a tolerancias en las dimensiones de la carcasa de la batería no tienen que ser muy grandes puesto que se miden las desviaciones y se pueden compensar en la carcasa de protección durante su fabricación.
En cuanto al dispositivo implantable se puede tratar, entre otros, de un implante auditivo electrónico activo, un marcapasos cardiaco, un dosificador de medicamentos o droga, un estimulador del sistema nervioso o similares.
Otros desarrollos ventajosos de la invención son objeto de las restantes reivindicaciones.
La recarga de la batería se impide con preferencia cuando al menos un órgano de conexión está configurado como contacto de ruptura que está diseñado o que se puede ajustar para, ante una situación de servicio inadmisible de la batería, interrumpir eléctricamente un circuito de corriente de recarga que está alimentado por medio de un dispositivo de carga.
Además, al menos un órgano de conexión puede estar configurado como contacto de ruptura que está diseñado o que se puede ajustar para, ante una situación de servicio inadmisible de la batería, interrumpir eléctricamente el circuito de corriente del consumidor. Así pues es posible impedir, por ejemplo ante un cortocircuito en el circuito de la corriente del consumidor, que se extraiga de la batería una potencia eléctrica excesivamente elevada, lo cual también puede provocar una situación operativa inadmisible de la batería, es decir, por ejemplo una expansión volumétrica de la batería o una salida de gases procedente de la carcasa de la batería que produzca un crecimiento de la presión en el interior de la carcasa de protección con sellado hermético. También es imaginable que el contacto de ruptura esté dispuesto de tal manera que, con el circuito de corriente del consumidor interrumpa a la vez el circuito de la corriente de carga.
En otra configuración favorita de la invención está conformado al menos un órgano de conexión como contacto de cierre que, ante una situación de servicio inadmisible de la batería está diseñado o que se puede ajustar, cortocircuitar eléctricamente el circuito de la corriente de carga que se alimenta por medio de un dispositivo de carga, con lo cual se interrumpe otra alimentación de energía a la batería.
Además, puede estar presente al menos un órgano de conexión que esté conformado como contacto de cierre, el cual esté diseñado o que se pueda ajustar para, ante una situación de servicio inadmisible de la batería, cortocircuitar eléctricamente a ésta. Un contacto de cierre de esta clase tiene mucho sentido en particular en el acoplamiento en serie con un fusible de sobrecorriente que puede interrumpir de forma irreversible una corriente en un circuito de recarga o en un circuito de corriente del consumidor de la batería. El fusible de sobrecorriente puede estar conformado como fusible propiamente dicho, el cual se quema ante el cortocircuito de la energía residual acumulada en la batería. Si para ello no fuese suficiente dicha energía, se puede descargar completamente la batería. También es posible que al menos un fusible de sobrecorriente limite únicamente la corriente en el circuito de recarga y/o en un circuito de la corriente del consumidor, estando con preferencia el fusible de sobrecorriente configurado como posistor (resistencia PTC), cuya resistencia se incrementa con temperatura creciente.
Los órganos de conexión pueden interrumpir básicamente de forma reversible o irreversible un circuito de corriente del cual formen parte. Los órganos de conexión que trabajan de modo reversible ofrecen la ventaja de que se puede probar su funcionamiento sin ser destruidos, por ejemplo situación montada actuando de forma combinada con otros componentes del dispositivo de protección.
La deformación transmitida al órgano de detección por la carcasa de protección ante una situación de servicio inadmisible de la batería acciona mecánicamente de modo adecuado al menos un órgano de conexión. El accionamiento mecánico directo del órgano de conexión mediante la deformación del órgano de detección es particularmente fiable puesto que trabaja de modo forzado, sin tener que recibir instrucciones de órganos de transmisión no mecánicos.
Esto no excluye que, en particular cuando están presentes dos o varios órganos de conexión redundantes, al menos un órgano de conexión se pueda accionar por medio de un equipo electrónico que detecte una deformación del órgano de detección. De forma ventajosa se instala un medidor eléctrico de dilatación que detecta la deformación del órgano de detección y responde con la modificación de una magnitud eléctrica que se supervisa por el equipo electrónico de evaluación. Si en lo que se refiere al medidor eléctrico de dilatación se trata de un sistema pasivo, este puede convertir la deformación del órgano de detección en un cambio de su resistencia eléctrica (tiras de medida de la dilatación), su inductividad o su capacidad. Alternativamente se puede instalar un medidor eléctrico de dilatación activo que, como por ejemplo un elemento piezométrico, reacciona con un cambio de la carga ante una deformación aplicada por el órgano de detección sobre el medidor de dilatación.
En otra configuración de la invención el órgano de detección es parte de la carcasa de protección y en particular está configurado como membrana que se puede abombar, la cual forma en particular una pared exterior o de separación de la carcasa de protección con sellado hermético. Esto permite una construcción que ahorra espacio y una deformación que se puede predeterminar bien, del órgano de detección ante el incremento de presión en la carcasa de protección.
En particular, el especialmente crítico espesor de la carcasa de protección para un dispositivo implantable se puede reducir a un mínimo cuando al menos una membrana está integrada en una pared lateral de la carcasa de protección con sellado hermético, desarrollándose la dirección del abombamiento de la membrana sustancialmente perpendicular a la dimensión más pequeña de la batería. Una tapa o fondo de la carcasa de protección dispuestos en la dirección de la dimensión más pequeña de la batería, por encima o por debajo de la misma permanecen entonces de forma conveniente libres de órganos de detección y órganos de conexión, con lo cual el espesor de la carcasa de protección sobrepasa solamente un poco al de la batería. Se origina una protección por fusible redundante contra una situación de servicio inadmisible de la batería cuando por ejemplo se disponen dos membranas de las cuales una está configurada como parte de un contacto de cierre y por medio de esa membrana, ante una situación de servicio inadmisible de la batería, se puede cortocircuitar eléctricamente una pareja de contactos del contacto de cierre. La segunda membrana puede estar configurada como parte de un contacto de ruptura, siendo posible por medio de esta segunda membrana, ante una situación de servicio inadmisible de la batería, desconectar eléctricamente una pareja de contactos del contacto de ruptura.
Es ventajoso para la configuración del sellado hermético de la carcasa de protección y un diseño sencillo de la misma, si la batería con los dos contactos de unión que se encuentran sobre la carcasa de la batería está en contacto con zonas de la carcasa de protección eléctricamente aisladas entre sí, siendo conductoras las zonas de la carcasa de protección eléctricamente aisladas entre sí y estando unidas eléctricamente con un circuito de recarga y/o circuito de la corriente del consumidor.
Las dimensiones de las zonas aislantes previstas en la carcasa de protección, formadas con preferencia por un material cerámico, se pueden minimizar cuando al menos un contacto de unión de la carcasa de la batería está unido eléctricamente con un circuito de recarga y/o circuito de la corriente del consumidor a través de un paso con sellado hermético, aislado eléctricamente con respecto a la carcasa de protección.
El paso puede estar realizado en principio como monopolar o multipolar, correspondiendo ventajosamente el número de polos al de los contactos de unión o polos de la batería. Por medio del paso es posible sin embargo no solamente una transmisión de energía sino en principio también una transmisión de señales a través de una pared de la carcasa de protección. El paso comprende preferiblemente un sustrato cerámico, en donde por cada polo que se vaya a pasar, una clavija metálica de contacto atraviesa el sustrato con sellado hermético.
Las clavijas de contacto están alojadas convenientemente en el sustrato cerámico y éste en una pared exterior de la carcasa de protección con sellado hermético, por medio de una unión mediante sustancias, con preferencia una unión por soldadura, en particular una unión por soldadura de oro.
Puede ser una ventaja que las clavijas de contacto estén alojadas en el sustrato cerámico y éste en un asiento metálico con sellado hermético por medio de una unión mediante sustancias, en donde el asiento metálico también está unido mediante sustancias con una pared exterior de la carcasa de protección. Para la unión del asiento metálico con la pared exterior de la carcasa de protección se puede emplear una unión por soldadura autógena.
Si la carcasa de protección está configurada como un todo biocompatible la misma puede entonces implantarse directamente y unirse con el consumidor a través de conductores eléctricos fijos o desmontables, siendo por lo tanto independiente del sitio de implantación como también ha sido ya descrito por la solicitante de la patente en su solicitud de patente alemana entregada en paralelo bajo el título "Módulo de alimentación de energía para un dispositivo implantable". Como materiales para la carcasa de protección biocompatible entran en consideración con preferencia titanio, aleaciones de titanio, niobio, tántalo, aceros implantables o un material compuesto a partir de estos u otros materiales implantables metálicos con materiales cerámicos como el óxido de aluminio cerámico, pudiendo ser adecuado un revestimiento de toda la carcasa de protección con un polímero biocompatible, como por ejemplo silicona, politetrafluoretileno (PTFE), polimetileno, parileno, o similares.
A continuación se exponen con más detalle algunas formas de ejecución ventajosas de la invención con la ayuda de los dibujos. Se muestra:
Figura 1 un diagrama de conexiones esquemático con un dispositivo de protección unido con un circuito de corriente del consumidor y un circuito de corriente de recarga;
Figura 2 una sección esquemática a través de una primera forma de ejecución de un dispositivo de protección con órgano de conexión que trabaja de forma reversible;
Figura 3 una vista en perspectiva esquemática de la forma de ejecución de acuerdo con la figura 2;
Figura 4 a escala ampliada, una sección parcial de la forma de ejecución de acuerdo con la figura 2;
Figura 5 una sección esquemática a través de una segunda forma de ejecución de un dispositivo de protección;
Figura 6 una sección esquemática a través de una tercera forma de ejecución de un dispositivo de protección con un órgano de conexión en posición cerrada;
Figura 7 una sección esquemática a través de la forma de ejecución de acuerdo con la figura 6 con el órgano de conexión en posición abierta;
Figura 8 una sección esquemática a través de otra forma de ejecución de un dispositivo de protección con un órgano de conexión en posición cerrada;
Figura 9 una sección esquemática a través de la forma de ejecución de acuerdo con la figura 8 con el órgano de conexión en posición abierta;
Figura 10 una representación esquemática en sección de otra más forma de ejecución de un dispositivo de protección con órgano de conexión que trabaja de forma irreversible;
Figura 11 una representación esquemática en sección de otra forma de ejecución otra vez modificada de un dispositivo de protección;
Figura 12 una representación esquemática en sección de un dispositivo de protección con un paso sellado herméticamente de un contacto de unión de una batería a través de una carcasa de protección;
Figura 13 una vista esquemática en perspectiva de otra forma de ejecución de un dispositivo de protección con un interruptor de cortocircuito y una banda de ruptura como contacto de ruptura irreversible;
Figura 14 una representación esquemática en sección de la forma de ejecución de acuerdo con la figura 13;
Figura 15 una vista esquemática en perspectiva de aún otra forma de ejecución de un dispositivo de protección;
Figura 16 una sección esquemática a través de un dispositivo de protección con paso sellado herméticamente de ambos contactos de unión de la batería;
Figura 17 una sección esquemática a través de un dispositivo de protección con paso bipolar, estando el paso y los dos órganos de conexión y de detección integrados en una pared lateral de la carcasa de protección.
De acuerdo con la figura 1, una batería 10 con su carcasa 12 de la batería está alojada de tal manera en una carcasa 14 de protección con sellado hermético que un contacto de unión positivo y otro negativo de la batería 10 (señalados en las figuras cada uno de ellos con + y con - ), establecen contacto a través de conexiones 16 ó 18 con la carcasa de protección y quedan unidos con un circuito 22 de corriente de recarga y un circuito 24 de la corriente del consumidor. La carcasa 14 de protección está configurada de tal manera que, ante una situación de servicio inadmisible de la batería 10, un órgano 20 de detección transmite una deformación. La batería a través de un contacto de ruptura 50 en el circuito 24 de la corriente del consumidor alimenta a un consumidor 26, pudiendo tratarse por ejemplo de un sonotone implantable. El circuito 22 de corriente de recarga presenta una bobina 28 receptora que juntamente con un condensador 30 forma un circuito de resonancia en serie que se excita mediante un segundo circuito de resonancia en serie no representado perteneciente a un elemento emisor externo con la misma posición de resonancia, tal como está descrito con más detalle en el documento EP-B-0 499 939. El circuito 22 de corriente de recarga se cierra en función de la fase a través de diodos 32, 38 ó 34, 36, de un contacto 48 de ruptura, de un fusible 42 de sobrecorriente y la batería 10 alojada en la carcasa 14 de protección. Un diodo 40 Zener protege la batería 10 ante una tensión excesivamente elevada del circuito de la corriente de recarga. En paralelo con la bobina 28 receptora y el condensador 30 está previsto un contacto 44 de cierre. Otro contacto 46 de cierre está dispuesto en paralelo con la batería 10 y el fusible 42 de sobrecorriente.
Como se señala mediante líneas de puntos y trazos en la figura 1, el órgano 20 de detección acciona los órganos 44, 46, 48 y 50 de conexión, los cuales son parte del dispositivo de protección. Esto puede llevarse a cabo bien sea directamente o por ejemplo a través de acoplamiento mecánico por el órgano de detección y uno o varios órganos de conexión, o a través de un equipo 52 electrónico de evaluación opcional, el cual detecta la deformación del órgano de detección y acciona eléctricamente o electromecánicamente uno o varios órganos de conexión. Se comprende que no todos los órganos 44, 46, 48 y 50 de conexión tienen que estar presentes y que los sectores que son accionados por los órganos de conexión, directamente o a través del equipo 52 electrónico de evaluación opcional, se pueden variar en función de la finalidad de la aplicación y de la redundancia deseada del dispositivo de protección.
La posición de los órganos 44, 46, 48 y 50 de conexión mostrada en la figura 1 corresponde a una posición básica en servicio normal. En el caso de una situación de servicio inadmisible de la batería 10 se acciona al menos uno de éstos órganos de conexión.
Una primera forma de ejecución de un dispositivo de protección se encuentra representada en las figuras 2 a 4 y comprende una carcasa 54 de protección con sellado hermético con una tapa 56 con forma de cubeta y un fondo 58 también en forma de cubeta. Una pared 60 lateral cilíndrica hueca de la tapa 56 está soldada con una placa 62 de cubierta que el órgano de detección del dispositivo de protección forma a modo de membrana que se puede abombar. El fondo 58 se forma por una pared 64 lateral cilíndrica hueca y una placa 66 de fondo soldada con ella. La batería 10, que en este caso se trata de una habitual pila redonda tipo botón recargable, está alojada en el interior de la carcasa 54 de protección, en donde el contacto de unión positivo de la carcasa 12 de la batería establece contacto a través de una lengüeta 68 de contacto que a su vez está en contacto con la cara interior de la pared 60 lateral. El contacto de unión negativo de la batería 10 establece contacto con una superficie 71 frontal de la carcasa 12 de la batería por medio de una lengüeta 70 de contacto y es conducido por el interior contra la pared 64 lateral, permitiendo una escotadura 74 en la zona del borde de la placa 66 de fondo que la superficie 71 frontal de la carcasa de la batería, a pesar del desplazamiento de la lengüeta 70 de contacto, se apoye en una gran superficie sobre la placa 66 de fondo. Un tubo 73 flexible de aislamiento deslizado sobre la lengüeta 70 de contacto impide un contacto eléctrico entre la lengüeta 70 de contacto y el contacto positivo de unión de la batería 10. Tanto la tapa 56 como también el fondo 58 están hechos de un material (por ejemplo titanio) conductor de la electricidad y resistente a los productos químicos que salen de la carcasa de la batería y presentan conexiones 76 y 78 eléctricas que corresponden a las conexiones 16 ó 18 según la figura 1.
Las paredes 60 y 64 laterales están soldadas entre sí y herméticamente selladas con la interposición de un anillo 80 de aislamiento mediante soldadura autógena o por soldadura fuerte sobre sus caras frontales que se miran entre sí, teniendo el anillo de aislamiento un diámetro interior más pequeño que las paredes 60 y 64. Sobre las caras frontales del anillo 80 de aislamiento que miran a la placa 66 de fondo y que se encuentran en el interior de la carcasa 54 de protección se apoya una junta 82 anular que actúa de tal manera sobre un reborde de la carcasa 12 de la batería que la superficie 71 frontal de la carcasa 12 de la batería queda ligeramente pretensada contra la placa 66 de fondo y descansa sobre ella sin holguras. Como material para el anillo 80 de aislamiento es adecuada por ejemplo la cerámica de óxidos.
Sobre la placa 62 de cubierta está montado un órgano de conexión designado como un conjunto con 86 el cual corresponde al contacto 44 de cierre de la figura 1. El contacto 86 de cierre como componente sustancial posee un soporte 92 de contacto flexible, por ejemplo de poliamida, el cual tiene la forma de una placa de pared delgada aproximadamente rectangular uno de cuyos lados estrechos presenta una incisión en forma de U, con lo cual se originan dos brazos 102, 104 elásticos. A lo largo de los dos lados largos y sobre la cara superior del soporte 92 de contacto se han adosado depósitos 94 metálicos que se extienden hasta los brazos 102 ó 104 elásticos, en donde sobre los depósitos 94 metálicos y mediante una unión 109 por soldadura fuerte está soldado en cada uno un trozo de hilo de platino como contacto 106 ó 108. En las proximidades del segundo lado estrecho del soporte 94 de contacto está unida por medio de una capa 100 de soldadura fuerte una placa 96 y 98 de contacto, cada una con uno de los dos depósitos 94 metálicos. Para ello, cada una de las placas 96 y 98 de contacto porta una conexión 112 ó 114, con lo cual la conexión 112 queda eléctricamente unida con el contacto 106, y la conexión 114 queda eléctricamente unida con el contacto 108. A pequeña distancia por encima de los contactos 106 y 108 se encuentra dispuesto un puente 110 de contacto con el cual se puede establecer el contacto entre los contactos 106, 108 para cortocircuitar eléctricamente a éstos. El soporte 92 de contacto flexible está unido de tal manera con la placa 62 de cubierta a través de una construcción en varias capas que los contactos 106, 108 quedan dispuestos de modo centrado sobre la placa 62 de cubierta y trazan un eje de simetría a lo largo de la vista en planta de la placa 62 de cubierta redonda. Como está representado en la figura 4, la construcción en varias capas entre el soporte 92 de contacto y la placa 62 de cubierta, partiendo desde la cara inferior del soporte 92 de contacto que mira a la placa 62 de cubierta comprende una capa 88 adhesiva, una placa 90 distanciadora y una segunda capa 88 adhesiva. La construcción en varias capas se extiende aproximadamente desde el lado estrecho del soporte 92 de contacto que mira a las placas 96, 98 de contacto hasta el fondo de la incisión con forma de U, la cual separa los dos brazos 102, 104 elásticos, con lo cual éstos quedan independientes a la distancia exacta predeterminada sobre la placa 62 de cubierta.
La lengüeta 68 de contacto puede estar configurada como fusible propiamente dicho que interrumpe la conexión eléctrica entre el contacto positivo de unión de la carcasa 12 de la batería y la conexión 76 cuando la corriente que fluye a través de él sobrepasa un valor límite. En ese caso, entre una superficie 72 frontal de la carcasa 12 de la batería que mira a la placa 62 de cubierta y la placa 62 de cubierta tiene que estar previsto un aislamiento.
Entre la cara inferior de la placa 62 de cubierta que mira a la superficie 72 frontal de la carcasa 12 de la batería y la superficie 72 frontal se encuentra una ranura 84 de espesor predeterminado que compensa la admisible respiración natural de la carcasa 12 de la batería frente a diferentes condiciones de servicio. Si la carcasa 12 de la batería se continúa expandiendo la superficie 72 frontal de la carcasa de la batería se extiende contra la placa 62 de cubierta y transmite a ésta un abombamiento, deformándose solamente un poco el resto de la carcasa 54 de protección, la cual está calculada con mayor rigidez que la placa 62 de cubierta. Por consiguiente un adecuado incremento del volumen de la carcasa 12 de la batería se transforma en un abombamiento de la placa 62 de cubierta configurada como membrana. Lo mismo vale para la salida de productos químicos de la carcasa 12 de la batería, los cuales conducen a un incremento de presión en el interior de la carcasa 54 de protección, sin que tenga que producir un incremento del espesor de la carcasa 12 de la batería. Mediante el abombamiento de la placa 62 de cubierta se aproximan los contactos 106 y 108 al puente 110 de contacto para, finalmente, al alcanzarse dicho contacto, cortocircuitar eléctricamente las conexiones 112 y 114, y a través de ellas el circuito 22 de corriente de recarga, impidiéndose que continúe una alimentación de energía a la batería. Mediante la configuración flexible de los brazos 102, 104 elásticos éstos no se dañan durante el cierre del órgano 86 de conexión, con lo cual el contacto 86 de cierre trabaja en principio de forma reversible: Ante una presión decreciente en el interior de la carcasa 54 de protección o un crecimiento decreciente del volumen de la carcasa 12 de la batería el órgano 86 de conexión adopta de nuevo su posición básica representada en la figura 2.
El abombamiento de la placa 62 de cubierta, que conduce a un accionamiento del órgano 86 de conexión, por regla general alcanza un valor inferior a 300 \mum, teniendo la carcasa 54 de protección por ejemplo un diámetro exterior de aproximadamente 18 mm con una altura de menos de 5,5 mm, medida desde la placa 66 de fondo hasta la placa 62 de cubierta.
La figura 5 muestra una segunda forma de ejecución de un dispositivo de protección, el cual posee una carcasa 116 de protección con fondo 118 en forma de cubeta de un material conductor de la electricidad. La carcasa 116 de protección se cierra por medio de una tapa 120 igualmente conductora de la electricidad, estando soldado una anillo 122 aislante de cerámica de óxidos entre la tapa 120 y el fondo 118. El anillo 122 aislante, cuyo diámetro interior es más pequeño que el de la pared lateral del fondo 118, lleva en su cara inferior una membrana 138 aislada eléctricamente y en su cara superior una membrana 134 de contacto. Ambas membranas 134 y 138 están hechas de material conductor de la electricidad, estando la membrana 134 de contacto con su cara superior que se enfrenta a la tapa 120 dispuesta contigua a ella aislada eléctricamente por medio de una capa 148 de aislamiento y puesta al potencial eléctrico del fondo 118 a través de un depósito 132 metálico, un metalizado 130 de los agujeros de paso y una capa 128 de soldadura fuerte. La batería 10 está encerrada con sellado hermético por el fondo 118, la cara inferior del anillo 122 de aislamiento y la membrana 138, y su contacto positivo de unión está unido a través de la superficie 72 frontal con la superficie interior del fondo 118. Un resorte 124 está dispuesto entre un reborde de la carcasa 12 de la batería y la zona de transición entre el anillo 122 de aislamiento y la pared lateral del fondo 118 y sirve para el centrado y la colocación sin holguras de la superficie 72 frontal de la carcasa 12 de la batería sobre la superficie del fondo 118. El resorte 124 está al mismo tiempo en contacto eléctrico con la pared lateral del fondo 118, la capa 128 de soldadura fuerte y el contacto de unión positivo de la batería 10, el cual se extiende hasta la zona del reborde sobre la que se apoya el resorte 124. El contacto de unión negativo de la batería 10 está en contacto a través de la superficie 71 frontal de la carcasa 12 de la batería y a través de un resorte 140 opcional con la cara inferior de la membrana 138. Un depósito 142 metálico sobre la cara inferior del anillo 122 de aislamiento, un metalizado 144 de los agujeros de paso a través del anillo 122 de aislamiento y una capa 146 de soldadura fuerte cierran la conexión eléctrica entre la membrana 138 y la tapa 120, con lo que se establece contacto con el potencial negativo a través de una conexión 152. Una conexión 150 sobre la pared lateral exterior del fondo 118 sirve para establecer el contacto del potencial positivo de la batería 10.
Así pues, mientras la membrana 138 está conectada con el contacto de unión negativo de la batería 10, en cambio la membrana 134 de contacto que se encuentra a una distancia de la membrana 138 que se corresponde con el espesor del anillo 122 de aislamiento establece contacto con el contacto de unión positivo de la batería 10. Esta distancia está dimensionada de tal manera que ante una situación de servicio inadmisible de la batería 10 se transmite un abombamiento a la membrana 138 que es suficiente para lograr establecer el contacto conductor de la electricidad con la membrana 134 de contacto, con lo cual la batería 10 queda eléctricamente cortocircuitada. Además, un tramo de la unión 146 por soldadura puede estar diseñado como fusible propiamente dicho que se quema de modo irreversible en el caso de que se sobrepase un valor límite predeterminado de la corriente de carga o descarga. Con ello se impide otra alimentación o descarga de energía a través de las conexiones 150, 152.
Con respecto a las figuras 6 y 7, una tercera forma de ejecución de un dispositivo de protección tiene una carcasa 154 de protección cuyo fondo conductor de la electricidad presenta una pared 156 lateral en la forma de un tramo de tubo que está cerrado frontalmente por una placa 158 de fondo. Un cordón 160 de soldadura autógena perimetralmente cerrado une la placa 158 de fondo con la pared 156 lateral. Sobre la segunda cara frontal de la pared 156 lateral está firmemente adosado un anillo 162 de aislamiento cerámico a través de una capa 164 de soldadura fuerte que posee un agujero de paso circular con un diámetro interior que es más pequeño que el diámetro interior de la pared 156 lateral, estando una membrana 166 que cubre el agujero de paso y es de material conductor de la electricidad colocada sobre una cara inferior del anillo 162 de aislamiento que mira en la dirección de la placa 158 de fondo y se origina un espacio interior con sellado hermético. En este espacio interior está alojada la batería 10 de tal manera que su contacto de unión positivo está en contacto eléctrico con la placa 158 de fondo mediante la superficie 72 frontal. Un punto 165 de soldadura que se encuentra en el centro de la superficie 72 frontal entre la superficie 72 frontal y la placa 158 de fondo garantiza un contacto con una resistencia de transmisión lo más baja posible y una posición definida de la batería 10 con respecto a la placa 158 de fondo. En vez del punto 165 de soldadura autógena también puede estar prevista una unión por soldadura fuerte o una unión por pegamento conductor de la electricidad. El potencial negativo de la batería 10 a través de su superficie 71 frontal se aproxima desde abajo a la membrana 166, pudiendo estar previsto un pegamento conductor para minimizar la resistencia de la transmisión. De forma ventajosa la batería se sitúa con sus superficies 71, 72 frontales ligeramente pretensadas entre la membrana 166 y la placa 158 de fondo. Una membrana 168 de contacto conductora de la electricidad y con un punto 170 de contacto central que mira hacia abajo está unida con el anillo 162 de aislamiento sobre la cara superior de éste y cubre su agujero de paso. La membrana 168 de contacto está pre-abombada elásticamente hacia el interior en dirección a la membrana 166 y por medio del punto 170 de contacto está en contacto eléctrico con la membrana 166. En esa posición de la membrana 168 de contacto puede tener lugar una alimentación y una descarga de energía hacia o desde la batería 10 a través de una conexión 174 unida eléctricamente con la membrana 168 de contacto y de una conexión 172 que está en contacto con la cara exterior de la pared 156 lateral. Si se produce una situación de servicio de la batería 10 inadmisible, entonces la membrana 166 y con ella la membrana 168 de contacto se abomban tanto hacia fuera que la membrana 168 de contacto sobre una posición de equilibrio inestable se abomba hacia fuera y el contacto eléctrico entre las dos membranas 166, 168 también quedaría interrumpido cuando la membrana 166 retornase a su posición de partida de acuerdo con la figura 6.
Una cuarta forma de ejecución de un dispositivo de protección ilustrado en las figuras 8 y 9 presenta una carcasa de protección que en esencia se diferencia de la carcasa 154 de protección únicamente por la configuración de las membranas 166, 168 y sus contactos eléctricos. Una membrana 176 que se corresponde con la membrana 166 lleva en el centro de su cara superior un resorte de contacto designado en conjunto con la marca 180 con un vástago 182 y un disco 184 de resorte. El vástago 182 cilíndrico está firmemente adosado con una cara frontal sobre la membrana 182, sobre la cual se sitúa con su eje longitudinal en posición aproximadamente perpendicular y con su segunda cara frontal está unido con el disco 184 de resorte. A la vez, el vástago 182 atraviesa un agujero de paso en una membrana 178 de contacto que corresponde a la membrana 168 de contacto de la carcasa 154 de protección, estando el disco 184 de resorte, en una posición básica de acuerdo con la figura 8, con una superficie 185 de contacto que se encuentra en las proximidades de su borde exterior y que mira hacia la cara superior de la membrana 178 de contacto, en contacto eléctrico con la membrana 178 de contacto. En la posición básica las membranas 176, 178 se extienden aproximadamente paralelas y la superficie 185 de contacto se apoya con pretensado elástico contra la membrana 178 de contacto. Ante una situación de servicio inadmisible de la batería 10 la membrana 176 está forzada a un abombamiento hacia fuera en dirección a la membrana 178 de contacto, a la cual no deforma sustancialmente y que conserva su posición. El abombamiento de la membrana 176 es suficiente para levantar la superficie 185 de contacto de la membrana 178 de contacto e interrumpir de modo reversible el contacto eléctrico, pero no es tan grande que la cara superior de la membrana 176 llegue a entrar en contacto con la cara inferior de la membrana 178 de contacto. Para garantizar esto último también cuando el abombamiento de la membrana 176 es aún más fuerte, la cara inferior de la membrana 178 de contacto está provista con una capa 186 de aislamiento.
Una quinta forma de ejecución de un dispositivo de protección de acuerdo con la figura 10 comprende una carcasa 190 de protección con un fondo 192 de una sola pieza en forma de cubeta, una tapa 194 también en forma de cubeta y una membrana 196 que está unida por medio de una soldadura 198 autógena sobre las caras frontales que se miran entre sí del fondo 192 y de la tapa 194, estando compuestos el fondo 192, la tapa 194 y la membrana 196 con preferencia del mismo material conductor de la electricidad. La membrana 196 divide horizontalmente la carcasa 190 de protección en una zona superior de cubierta y un espacio inferior con sellado hermético, el cual aloja de tal manera la batería 10 que su contacto de unión positivo, a través de un pegamento 200 conductor con pequeña resistencia de paso, establece contacto sobre la superficie 72 frontal y está en contacto con una cara interior del fondo 192 que mira hacia la membrana 196. Sobre la superficie 71 frontal de la batería 10 está colocado un aislante 218 que impide que el contacto de unión negativo o polo negativo de la batería 10 entre en contacto con la membrana 196. El potencial negativo de la batería es captado en una pared lateral de la carcasa 12 de la batería contigua a la superficie 71 frontal a partir del contacto de unión negativo a través de un resorte 212, y se conecta con una conexión 216 a través de un paso 214 que atraviesa la pared lateral, con sellado hermético y eléctricamente aislado con respecto a una pared lateral del fondo 192. Sobre la cara superior de la membrana 196 está dispuesto en el centro un empujador 222 que penetra en un agujero de paso en al 194. A pequeña distancia por encima de un canto superior del empujador 222 se encuentra un elemento de ruptura designado en conjunto con la marca 204 que cubre el agujero de paso. Este incluye sobre su cara que mira a la cara superior de la tapa 194 un sustrato 206 con una capa 208 conductora. En lo que respecta al sustrato se puede tratar de una cerámica, por ejemplo una cerámica de óxidos, un vidrio o algo similar. La capa 208 conductora está en contacto con la tapa 194 en un lado del agujero de paso de ésta, a través de una lengüeta 202 de contacto y en el lado opuesto del agujero de paso está provisto con una conexión 210 de la cual se toma el potencial positivo de la batería 10. Una ranura 220 entre el aislante 218 sobre la cara 71 frontal de la batería 10 y la membrana 196 impide un abombamiento de la membrana 196 en caso de pequeña dilatación de la batería 10, por ejemplo a consecuencia de un incremento de temperatura. Sin embargo, ante una situación de servicio inadmisible de la batería 10 se transmite a la membrana 196, ya sea a través de incremento de volumen de la batería 10 y/o salida de productos químicos del interior de la batería 10 con la consecuencia de un crecimiento de la presión en el espacio de alojamiento de la batería con sellado hermético de la carcasa 190 de protección, que es suficiente para que el empujador 222 destruya el elemento 204 de ruptura, con lo cual se interrumpe de modo irreversible la capa 208 conductora entre la lengüeta 202 de contacto y la conexión 210.
Como se muestra en la figura 11, una sexta forma de ejecución de un dispositivo de protección presenta una carcasa 224 de protección con un fondo 226 de baja altura, conductor de la electricidad y con forma de cubeta que está unido a través de su cara frontal que se dirige hacia arriba y con la interposición de un anillo 229 de aislamiento cerámico, con una pared 228 lateral, la cual posee la forma de un trozo de tubo. La pared 228 lateral está cerrada con sellado hermético en su cara frontal superior con una membrana 230 conductora de la electricidad. Sobre la cara exterior que mira hacia arriba de la membrana 230 está aplicada una capa 232 de aislamiento y sobre ésta una capa 234 de ruptura conductora de la electricidad de frágil ruptura. La capa 234 de ruptura está unida en la zona de la pared 228 lateral en un primer sitio a través de una conexión 236 conductora de la electricidad con la membrana 230, y en un segundo sitio situado en posición diametralmente opuesta con una conexión 238, extendiéndose la capa 234 de ruptura en forma de tira entre estos dos sitios. La conexión 238 sirve para la toma del potencial positivo de la batería 10 que está alojada por la carcasa 224 de protección. Para ello el contacto de unión positivo de la batería 10 se toma de una pared lateral de la carcasa 12 de la batería por medio de una lengüeta 242 de contacto que a través de uniones 244 y 246 de soldadura autógena por puntos forma el contacto eléctrico con la cara interior de la pared 228 lateral. El contacto de unión negativo de la batería 10 está unido a través de una unión 248 de soldadura autógena por puntos realizada en el centro de la superficie 71 frontal con la cara interior del fondo 226 y queda accesible desde el exterior de la carcasa 224 de protección por medio de una conexión 240. Se comprende que alternativamente a las uniones 244, 246 y 248 de soldadura autógena por puntos también pueden estar previstas por ejemplo uniones por soldadura fuerte o uniones con pegamento conductor de la electricidad. Entre la superficie 72 frontal y la membrana 230 se encuentra una ranura 250, a fin de impedir una reacción (rotura) de la capa 234 de ruptura ante la respiración natural de la batería. Tan solo ante una situación de servicio inadmisible de la batería 10 se fuerza a la membrana 230 a un abombamiento que destruya la capa 234 de ruptura de modo irreversible y por consiguiente interrumpa la conexión eléctrica entre el contacto de unión positivo de la batería 10 y la conexión 238.
Una séptima forma de ejecución de un dispositivo de protección está representada en la figura 12 y comprende una carcasa 252 de protección, la cual se diferencia de la carcasa 224 de protección sustancialmente sólo por la configuración del fondo 226 y la toma del contacto de unión positivo de la batería 10. La carcasa 252 de protección posee un fondo 254, cuyas paredes laterales están conducidas hasta la membrana 230 y están soldadas con ella con sellado hermético, con lo cual desaparece el anillo 229 de aislamiento de la carcasa 224 de protección. El contacto de unión positivo de la batería 10 se toma a través de una lengüeta 258 de contacto de la pared lateral de la carcasa 12 de la batería, por medio de un paso 260 con sellado hermético y aislado eléctricamente frente a la pared lateral del fondo 254, conducido hacia fuera a través de la pared lateral y puesto en conexión con la capa 234 de ruptura conductora de la electricidad por una lengüeta 262 de contacto estando la capa de ruptura completamente aislada mediante una capa 255 de aislamiento frente a la membrana 230 y el fondo 254.
Una capa 256 de aislamiento reviste el espacio interior de la carcasa 252 de protección en la zona de la membrana 230 y de las paredes laterales del fondo 254 e impide el contacto eléctrico entre el contacto de unión positivo de la batería 10 y la membrana 230 o las paredes laterales del fondo 254.
De acuerdo con las figuras 13 y 14 una octava forma de ejecución del dispositivo de protección utiliza una carcasa 264 de protección modificada, la cual corresponde con la mayor fidelidad a la carcasa 54 de protección de las figuras 2 a 4, pero sin embargo no utiliza su órgano 86 de conexión y en la cual se produce de forma modificada la toma del contacto de unión positivo de la batería 10. Una banda 266 de ruptura rectangular está acoplada por fuera a través de uniones 260 y 270 de pegamento aproximadamente en cada tercio exterior de su lado largo con la placa 62 de cubierta de la carcasa 264 de protección a distancia predeterminada, de manera que entre las uniones 260 y 270 de pegamento se origina una zona 272 de puente. Una línea de simetría en la dirección del lado largo de la banda 266 de ruptura discurre con ello sustancialmente paralela a una línea que pasa por el centro de la placa 62 de cubierta circular, y el centro de la zona 272 de puente se encuentra por encima del punto central de la placa 62 de cubierta. Sobre la cara superior de la banda 266 de ruptura se aplica una capa 276 conductora que se extiende aproximadamente sobre toda la cara superior de la banda 266 de ruptura y que en la zona de uno de los lados estrechos de la tira de ruptura y mediante una lengüeta 284 de contacto está en contacto con la placa 62 de cubierta y en la zona del otro lado estrecho está en contacto con una conexión 286. Por consiguiente está realizada una unión eléctrica entre la conexión 286 y el contacto de unión positivo de la batería 10. En el tramo libre de la capa de pegamento de la zona 272 de puente está previsto un punto de rotura controlada en forma de una perforación 274 cerca de una mediana de la superficie larga de la banda 266 de ruptura. El punto de rotura controlada también puede además naturalmente realizarse de otra manera apropiada, por ejemplo mediante muescas, cortes o estrechamientos en la banda 266 de ruptura. Contiguo a la perforación 274 se fija un trozo de alambre por medio de una unión 280 de soldadura fuerte como contacto 278 de cortocircuito, estando situado por encima de él a distancia predeterminada un contracontacto 282. El contracontacto 282 está en contacto eléctrico a través de una lengüeta 288 de contacto con la pared 64 lateral, es decir con el contacto de unión negativo de la batería 10. Ante una situación de servicio inadmisible de la batería 10 se transmite a la placa 62 de cubierta como membrana que se puede abombar, un abombamiento que se transmite a la banda 266 de ruptura a través de las uniones 268, 270 de pegamento, que de acuerdo con la figura 14 rompe a lo largo de la perforación. El contacto 278 de cortocircuito se comprime contra el contracontacto 282 y la corriente de cortocircuito entre el contacto de unión positivo y negativo de la batería 10 es suficiente para quemar un fragmento 290 de la capa conductora que eventualmente pueda permanecer, el cual cubre al menos parcialmente el punto de rotura. Con ello se interrumpe de forma irreversible la toma del potencial positivo de la batería 10 a través de la conexión 286.
Puesto que se necesita predeterminar el necesario abombamiento para la rotura de la banda 266 de ruptura en el rango de algunos cientos de \mum, con preferencia en el rango de menos de 200 \mum, se ha de mantener con gran exactitud la geometría predeterminada de la banda 266 de ruptura. Como material para la banda 266 de ruptura entra en consideración, por ejemplo el vidrio o la cerámica, pudiendo ser ventajoso transmitir un pretensado mecánico a la banda 266 de ruptura que aumente la separación de los bordes de la rotura tras la ruptura del punto de rotura controlada. A este respecto, la banda 266 de ruptura se puede realizar como elemento de unión de al menos un material de vidrio o de cerámica y al menos un metal que se pegan o se sueldan unos con otros. Un pretensado de la banda 266 de ruptura también se puede inducir mediante la utilización de un metal con memoria de forma (Memory-Effekt).
Además es posible fabricar la banda 266 de ruptura a partir de un material piezoeléctrico o al menos proveerlo con una capa de esta clase. Ante deformaciones de la banda 266 de ruptura que no conducen a la rotura de la misma y por tanto no señalizan ninguna situación de servicio inadmisible de la batería 10, los datos de información eléctricos suministrados en forma de cambios de carga por el transductor piezoeléctrico pueden ser tomados por el opcional equipo 52 electrónico de evaluación para, por ejemplo accionar un correspondiente contacto 48 ó 50 de ruptura del órgano de conexión de la figura 1 e interrumpir la recarga o la descarga de la batería 10 antes de que la batería alcance una situación de servicio inadmisible.
En la forma de ejecución de acuerdo con las figuras 13 y 14 es imaginable intercambiar entre sí la posición de la perforación 274 y del contacto 278 de cortocircuito con relación a la mediana de la superficie larga de la banda 266 de ruptura, con lo cual el contacto 278 de cortocircuito se llega a situar en la figura 14 en el lado derecho del borde de la rotura. En ese caso una corriente de cortocircuito no puede desde luego quemar un fragmento 290 de la capa conductora que eventualmente pueda permanecer, pero sí puede descargar por completo intencionadamente la batería 10, en cuyo caso la lengüeta 68 de contacto no se calcularía como fusible propiamente dicho, lo cual es básicamente posible (compárese con las correspondientes ejecuciones para la carcasa 54 de protección de las figuras 2 a 4). Si no es necesaria una múltiple y redundante protección por fusible se puede pensar además en renunciar por completo al contacto 278 de cortocircuito y al contracontacto 282, aprovechar solamente la función de contacto de ruptura irreversible de la banda 266 de ruptura y calcular ésta de tal manera que esté asegurado en cualquier caso que en la rotura de la banda 266 de ruptura no quede ningún fragmento 290 de la capa conductora.
Una novena forma de ejecución de un dispositivo de protección se muestra en la figura 15 y únicamente se diferencia de la forma de ejecución de las figuras 2 a 4 sustancialmente en que para elevar la redundancia se aplica sobre la cara superior de la placa 62 de cubierta una tira 292 de medición de la dilatación que tiene forma de meandro rectangular. La tira 292 de medición de la dilatación experimenta durante el abombamiento de la placa 62 de cubierta una deformación que conduce a un cambio de su resistencia eléctrica, el cual se detecta por el equipo 52 electrónico de evaluación a través de las conexiones 294 y 296 y por ejemplo se utiliza para el accionamiento de otros órganos de conexión, digamos para un contacto de cierre que se puede accionar eléctricamente, el cual puede estar colocado lejos de la carcasa de protección y que corresponde en su función al contacto 46 de cierre o al contacto 50 de ruptura de la figura 1. El equipo 52 electrónico de evaluación puede además activar un dispositivo de alarma no dibujado que pone al usuario en conocimiento del mal funcionamiento de la batería 10.
Una carcasa 298 de protección representada en la figura 16 comprende el órgano 86 de conexión ya descrito en combinación con la carcasa 54 de protección en las figuras 2 a 4 y únicamente se diferencia de la carcasa 54 de protección sustancialmente a consecuencia de las siguientes características de configuración: se configura un fondo con forma de cubeta construido de metal, con preferencia de titanio, cerrando por su cara frontal inferior una pared 300 lateral hueco-cilíndrica por medio de una placa 302 de fondo formando una sola pieza con ella. Sobre la superficie frontal superior de la pared 300 lateral está soldada con sellado hermético una placa 304 de cubierta configurada como membrana que se puede abombar, la cual también está con preferencia construida de titanio. Un asiento 306 con forma de cubeta está de tal forma alojado en el interior de la carcasa 298 de protección que su pared lateral cilíndrica tiene un diámetro exterior que corresponde al diámetro interior de la pared 300 lateral y su placa de fondo se apoya sobre la placa 302 de fondo. El diámetro interior del asiento 306 se ajusta a la carcasa 12 de la batería, estando la batería 10 apoyada por dentro con su superficie 72 frontal contra la placa de fondo del asiento 306 y quedando centrada en la dirección radial en el interior de la carcasa de protección. El asiento 306 está compuesto de un material de plástico eléctricamente aislante, por ejemplo politetraflúoretileno (PTFE), y aísla el contacto de unión positivo de la batería 10 de la carcasa de protección metálica. El asiento 306 está provisto en la cara externa de su pared lateral con una escotadura 308 y se introduce en la carcasa 298 de protección de tal forma que la escotadura queda mirando a un agujero 310 de paso realizado en la dirección radial de la pared 300 lateral.
La junta 82 anular está colocada en la zona de la esquina entre la pared 300 lateral y la placa 304 de cubierta y se apoya contra un reborde de la carcasa 12 de la batería al cual ella somete a un pretensado hacia abajo en dirección a la placa 302 de fondo, a fin de impedir que entre la superficie 72 frontal, la placa de fondo del asiento 306 y la placa 302 de fondo se formen grietas no deseadas. Para que no se formen dos volúmenes separados entre sí en el interior de la carcasa 298 de protección, la junta 82 anular no está cerrada en la dirección del contorno sino que presenta una ranura radial.
El agujero 310 de paso cilíndrico en la pared 300 lateral está rodeado por la cara externa de la pared 300 lateral por una superficie 312 plana mecanizada en la que un reborde 314 que mira hacia fuera encasquilla a un asiento 316 metálico que tiene forma de casquillo, con preferencia fabricado de titanio y que está soldado con sellado hermético. El asiento 316 es parte de un paso designado en su conjunto con la marca 315, que además comprende un sustrato 318 cerámico, por ejemplo de Al_{2}O_{3}, así como clavijas 322, 324 de contacto, estando éstas últimas compuestas preferentemente de una combinación de platino-iridio. El sustrato 318 cilíndrico se ajusta con su diámetro exterior al diámetro interior del asiento 316 y está metido en éste hasta un tope en la pared interior del asiento 316 que se encuentra sobre la cara del asiento 316 que en dirección axial mira al reborde. En la cara situada en la posición opuesta, el sustrato 318 sobresale del asiento 316 y está unido con éste con sellado hermético a través de una unión 320 por soldadura de oro. Las clavijas 322 y 324 de contacto que en la figura 16 se muestran en una posición girada 90º con respecto al eje del asiento 316, atraviesan el sustrato 318 en dirección axial y están fijados en éste del mismo modo por medio una unión 326 por soldadura de oro con sellado hermético. Estas poseen una longitud que es suficiente para sobrepasar axialmente por ambos lados el paso 315, penetrando en la escotadura 308 desde la cara que mira al interior de la carcasa 298 de protección. La clavija 322 está en contacto, a través de una lengüeta 332 de contacto, con el contacto de unión positivo de la batería 10 en la zona del reborde de la carcasa 12 de la batería sobre la cual se apoya la junta 82 anular. Está además orientada de forma que la lengüeta 332 de contacto, al igual que la lengüeta 330 de contacto, que forma un circuito de corriente entre el contacto de unión negativo de la batería 10 y la clavija 324 de contacto, pasan a través de la ranura radial de la junta 82 anular. Ambas lengüetas 330, 332 de contacto están rodeadas por un tubo 334 flexible aislante. Entre la superficie 71 frontal de la batería 10 y la cara inferior de la placa 304 de cubierta se encuentra, de una forma ya descrita, una ranura que compensa la respiración natural de la carcasa 12 de la batería. Además, el contacto de unión negativo de la batería 10 toca por abajo la placa de cubierta 304 en función de la situación de servicio, mediante lo cual los componentes 300, 302, 304 y 316 metálicos de la carcasa 298 de protección se ponen al potencial negativo de la batería 10. A fin de mantener definidos a potencial negativo los mencionados componentes con independencia de la situación de servicio de la batería 10, es decir, con independencia de su incremento de volumen, está previsto un puente 315 de soldadura fuerte en el paso 315 que se extiende entre la clavija 324 de contacto y el asiento 316. Por fuera de la carcasa 298 de protección se toman los contactos de unión positivo y negativo de la batería 10 a través de conexiones 338 ó 336.
La carcasa 298 de protección se puede construir con bajo coste en comparación con la carcasa 54 de protección puesto que el fondo de la carcasa 298 de protección está realizado de una sola pieza y no se utiliza ningún anillo 80 cerámico de aislamiento. La particularmente crítica transmisión de metal y cerámica se reduce a un mínimo y se limita a una pieza 315 que se fabrica y se prueba por separado. Esto contribuye a una mayor resistencia a la presión de la carcasa 298 de protección.
Como se desprende de la figura 17, una carcasa 340 de protección vista en la dirección de la dimensión más pequeña de la batería 10, en vez de una forma cilíndrica puede tener otra forma, por ejemplo una forma de la sección transversal parecida a una gota. En la forma de ejecución de la carcasa 340 de protección de acuerdo con la figura 17 la pared lateral se forma a base de un tipo de segmento 342 con forma de segmento de tres cuartos de circulo y dos segmentos 344 y 346 lineales tangencialmente contiguos con las dos caras del grupo de segmentos de tres cuartos de circulo, cerrándose los segmentos 344 y 346 a través de un redondeamiento situado sobre ellos. La pared lateral está realizada de metal, con preferencia de titanio, y forma juntamente con una placa de fondo de una sola pieza un fondo con forma de cubeta para el asiento de la batería 10. Una placa de cubierta no mostrada, también fabricada preferentemente de titanio, está soldada con sellado hermético con la cara frontal superior de la pared lateral. Para una mejor apreciación, se ha representado ampliado el espesor de pared de los segmentos 342, 344 y 346. La batería 10 está fijada en el interior de la carcasa 340 de protección mediante elementos de centrado no representados, estando aislado eléctricamente al menos el contacto de unión positivo de la batería 10 con respecto al fondo con forma de cubeta y la placa de cubierta.
Un paso designado como conjunto con 348 se diferencia del paso 315 de la figura 16 sustancialmente por la renuncia al asiento 316, con lo cual un sustrato 350 cerámico no está soldado con soldadura fuerte con sellado hermético en el asiento, sino directamente en la pared lateral de la carcasa 340 de protección, para lo cual se utiliza con preferencia soldadura con oro. El sustrato 350 cerámico está soldado con soldadura fuerte en el segmento 344 lineal, pero es igualmente posible intercalarlo entre los segmentos 342 circulares. Las clavijas 354 y 356 de contacto de metal sirven para el paso separado de los contactos de unión negativo o positivo de la batería 10 y están soldadas con soldadura fuerte con sellado hermético en el sustrato 352 cerámico. Con relación a la elección preferida de material para las clavijas 354, 356 de contacto y para el sustrato 350 se remite al paso 315 para las ejecuciones. También en el caso del paso 348 puede estar prevista una unión eléctrica similar al puente 328 de soldadura fuerte (véase la figura 16) entre la clavija 354 de contacto y el segmento 344 a fin de poner la carcasa definida a un potencial negativo.
Un agujero de paso cilíndrico en el segmento 346 acoge por medio de una unión por soldadura fuerte un sustrato 358 cerámico, el cual está atravesado por dos clavijas 360 y 362 de contacto que están acogidas en el sustrato a través de una unión por soldadura fuerte y sobrepasan axialmente a éste por ambos lados. El agujero de paso en el segmento 346 está cerrado con sellado hermético por su lado exterior mediante una membrana 364 metálica, en donde la membrana 364 en la situación básica, es decir ante una presión no inadmisiblemente elevada en el interior de la carcasa 340 de protección, se apoya con su cara interior que mira al interior de la carcasa 340 de protección con un pretensado definido sobre las clavijas 360 y 362 de contacto y conecta a éstas eléctricamente. Un agujero 366 de paso en el sustrato 358 asegura que en dirección axial en ambas caras del sustrato domina sustancialmente la misma presión, es decir tanto en la cara del sustrato 358 que mira a la batería 10 como también en la cara que mira a la cara interior de la membrana 364.
Mientras que una lengüeta 372 de contacto conecta el contacto de unión positivo de la batería 10 directamente con la clavija 356 de contacto del paso 348, la segunda clavija 354 de contacto del paso 348 hace contacto con el contacto de unión negativo de la batería 10 bajo la intercalación de un contacto de ruptura, comprendiendo el contacto de ruptura una pareja de contactos formada a partir de las clavijas 360, 362 de contacto y la membrana 364. Para ello está prevista una lengüeta 358 de contacto entre el contacto de unión negativo de la batería 10 y la clavija 360 de contacto, así como una lengüeta 370 de contacto entre la clavija 362 de contacto y la clavija 354 de contacto.
Por medio de la membrana 364 ciertamente no se puede detectar directamente un incremento de volumen de la batería 10; en el caso de un escape de productos químicos del interior de la carcasa 12 de la batería, que conduzcan a un sobrepasamiento de un valor límite predeterminado de la presión en el interior de la carcasa 340 de protección con sellado hermético, la membrana 364, la cual a través del agujero 366 de paso está en comunicación fluida con el restante espacio interior de la carcasa 340 de protección, se transmite un abombamiento que es suficiente para levantar la membrana 364 de las clavijas 360 y 362 de contacto. La conexión eléctrica entre las dos clavijas 360 362 de contacto, y con ello entre el contacto de unión negativo de la batería 10 y la clavija 354 de contacto del paso 348, se interrumpe entonces de forma reversible.
La carcasa 340 de protección presenta otro órgano de conexión que está integrado en el segmento 342 circular y está configurado como contacto de cierre reversible. Este órgano de conexión puede estar presente adicionalmente o en vez del contacto de ruptura antes descrito. Una membrana 380 es a la vez órgano de detección y parte del contacto de cierre. Dicha membrana está prevista en la cara interior del segmento 342 que mira a la batería 10 y cierra un agujero de paso en el segmento 342. En el agujero de paso cilíndrico está soldado con soldadura fuerte un sustrato 374 cerámico de tal forma que dos clavijas 376 y 378 de contacto que atraviesan axialmente el sustrato 374 permanecen fijas a una distancia predeterminada de la cara exterior de la membrana 380 en su posición básica. La membrana 380 está configurada como conductora de la electricidad al menos en la zona de su cara exterior que está contigua a las clavijas 376, 378 de contacto. Sin embargo, de forma ventajosa la totalidad de la membrana 380 es conductora de la electricidad, en particular construida con un material que esté de acuerdo con el material del fondo de metal y de la placa de cubierta de la carcasa 340 de protección y soldada con soldadura autógena en el segmento 342. En ese caso la membrana se pone toda ella al potencial eléctrico de las mencionadas piezas metálicas de la carcasa.
La membrana 380 no tiene que cerrar obligatoriamente con sellado hermético el agujero de paso en el segmento 342. Basta con que sea suficientemente estanca para sufrir un abombamiento (señalado por una línea de trazos en la figura 17) ante un crecimiento inadmisiblemente elevado de la presión en el interior de la carcasa 340 de protección, que al menos ponga en contacto eléctrico su zona conductora con las clavijas 376 y 378 de contacto y cortocircuite eléctricamente a éstas. La estanqueidad hermética tiene que ser garantizada entonces por el sustrato 374 el cual habría de estar soldado con soldadura fuerte con el segmento 342 del mismo modo que con las clavijas 376, 378 de contacto con sellado hermético. Además, en el cálculo de la membrana 380 habría que considerar un espacio de compresión formado entre el sustrato 374 y la membrana 380. En cambio, si la membrana 380 cierra el agujero de paso en el segmento 342 con sellado hermético, lo cual es lo preferido, entonces la configuración con sellado hermético del sustrato 374 y las correspondientes soldaduras fuertes entre el sustrato 374 y las clavijas 376, 378 de contacto y con el segmento 342 no es forzosamente necesaria, sin embargo en ciertas circunstancias es conveniente.
Se comprende que la carcasa 340 de protección puede estar calculada de tal manera que la membrana 380 sea también accionada por un incremento de volumen de la batería 10 en la dirección del abombamiento de la membrana 380, es decir sustancialmente perpendicular a la dimensión más pequeña de la batería 10. Los materiales preferidos para las clavijas 360, 362, 376, 378 de contacto y para los sustratos 358 y 374 del contacto de ruptura o del contacto de cierre se corresponden con los de los componentes respectivos del paso 348.
El contacto de cierre de la carcasa 340 de protección que comprende la membrana 380 y un par de contactos formado por las clavijas 376, 378 de contacto puede por ejemplo de modo equivalente al contacto 44 de cierre (véase la figura 1) ser utilizado para cortocircuitar directamente el circuito 22 de corriente de recarga. Del mismo modo es posible controlar el contacto de cierre por medio del equipo 52 electrónico de evaluación, el cual por su parte acciona otro órgano de conexión o el dispositivo de alarma ya mencionado.
Una ventaja sustancial de la carcasa 340 de protección es que la misma permite una construcción de muy poca altura mediante la integración de todos los órganos de detección y de conexión así como del paso en la pared lateral de la carcasa 340 de protección, y únicamente sobrepasa el espesor de la batería 10 en la dirección de la dimensión más pequeña de la batería 10 sustancialmente en los espesores de pared del fondo y de la placa de cubierta.

Claims (27)

1. Dispositivo de protección para una batería (10) electroquímica de recarga múltiple con una carcasa (12) de la batería, en donde el dispositivo de protección presenta al menos un órgano (44, 46, 48, 50, 86, 134, 170, 180, 204, 234, 274, 278, 360, 362, 376, 378) de conexión que está diseñado o que se puede ajustar para, ante una predeterminada situación de servicio inadmisible de la batería (10), impedir una recarga y/o una descarga de la misma, y que se puede accionar por un órgano (20, 62, 138, 166, 176, 196, 230, 304, 364, 380) de detección que está dispuesto de tal manera que detecta la situación de servicio inadmisible predeterminada de la batería (10), caracterizado porque el dispositivo de protección comprende una carcasa (14, 54, 116, 154, 190, 224, 252, 264, 298, 340) de protección con sellado hermético que
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aloja la carcasa (12) de la batería,
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ante una situación de servicio inadmisible de la batería (10), transmite al órgano (20, 62, 138, 166, 176, 196, 230, 304, 364, 380) de detección, una deformación que ocasiona un accionamiento del órgano (44, 46, 48, 50, 86, 134, 170, 180, 204, 234, 274, 278, 360, 362, 376, 378) de conexión, y
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es parte de un dispositivo implantable.
2. Dispositivo de protección según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un órgano de conexión está configurado como contacto (48, 170, 180, 204, 234, 274, 360, 362) de ruptura que, ante una situación de servicio inadmisible de la batería (10), está diseñado o se puede ajustar para interrumpir eléctricamente un circuito (22) de recarga que se alimenta por medio de un dispositivo de carga.
3. Dispositivo de protección según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque al menos un órgano de conexión está configurado como contacto (50, 170, 180, 204, 234, 274, 360, 362) de ruptura que, ante una situación de servicio inadmisible de la batería (10), está diseñado o se puede ajustar para interrumpir eléctricamente un circuito (24) de corriente del consumidor conectado eléctricamente con la batería (10).
4. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque al menos un órgano de conexión está configurado como contacto (44, 86, 376, 378) de cierre que, ante una situación de servicio inadmisible de la batería (10), está diseñado o se puede ajustar para cortocircuitar eléctricamente un circuito (22) de recarga que se alimenta por medio de un dispositivo de carga.
5. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un órgano de conexión está configurado como contacto (46, 134, 278) de cierre que, ante una situación de servicio inadmisible de la batería (10), está diseñado o se puede ajustar para cortocircuitar eléctricamente a ésta.
6. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un órgano (170, 204, 234, 274) de conexión está diseñado o se puede ajustar para interrumpir de forma irreversible un circuito (22, 24) de corriente.
7. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un órgano (86, 180, 360, 362, 376, 378) de conexión está diseñado o se puede ajustar para interrumpir de forma reversible un circuito (22, 24) de corriente.
8. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está previsto al menos un fusible (42) de sobrecorriente que está diseñado o se puede ajustar para limitar una corriente en un circuito (22) de recarga y/o un circuito (24) de corriente del consumidor de la batería (10).
9. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está previsto al menos un fusible (42, 68, 146) de sobrecorriente que está diseñado o se puede ajustar para interrumpir de forma reversible o irreversible una corriente en un circuito (22) de recarga y/o un circuito (24) de corriente del consumidor de la batería (10).
10. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un órgano (44, 46, 48, 50, 86, 134, 170, 180, 204, 234, 274, 278, 360, 362, 376, 378) de conexión se puede accionar mecánicamente por medio de la deformación del órgano (20, 62, 138, 166, 176, 196, 230, 304, 364, 380) de detección.
11. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un órgano (44, 46, 48, 50) de conexión se puede accionar por medio de un equipo (52) electrónico de evaluación que detecta la deformación del órgano (20, 62, 138, 166, 176, 196, 230) de detección.
12. Dispositivo de protección según la reivindicación 11, caracterizado por un medidor (292) eléctrico de la dilatación que detecta la deformación del órgano (62) de detección.
13. Dispositivo de protección según la reivindicación 12, caracterizado porque el medidor eléctrico de la dilatación está configurado como tira (292) de medición de la dilatación.
14. Dispositivo de protección según la reivindicación 12, caracterizado porque el medidor eléctrico de la dilatación está diseñado como transductor piezoeléctrico.
15. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el órgano (62, 138, 166, 176, 196, 230, 304, 364, 380) de detección es parte de la carcasa (54, 116, 154, 190, 224, 252, 264, 298, 340) de protección.
16. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el órgano (62, 138, 166, 176, 196, 230, 298, 364, 380) de detección está configurado como membrana que se puede abombar.
17. Dispositivo de protección según la reivindicación 15, caracterizado porque la membrana forma una pared exterior o de separación de la carcasa (54, 116, 154, 190, 224, 252, 264, 298, 340) de protección con sellado hermético.
18. Dispositivo de protección según la reivindicación 16, caracterizado por al menos una membrana (364, 380) que está integrada en una pared (342, 346) lateral de la carcasa (340) de protección con sellado hermético, discurriendo la dirección de abombamiento de la membrana (364, 380) sustancialmente perpendicular a la dimensión más pequeña de la batería (10).
19. Dispositivo de protección según la reivindicación 18, caracterizado porque al menos una membrana (380) está configurada como parte de un contacto de cierre y ante una situación de servicio inadmisible de la batería (10) se puede cortocircuitar eléctricamente un par (376, 378) de contactos del contacto de cierre por medio de la membrana (380).
20. Dispositivo de protección según la reivindicación 18, caracterizado porque al menos una membrana (364) está configurada como parte de un contacto de ruptura y ante una situación de servicio inadmisible de la batería (10) se puede desconectar eléctricamente un par de contactos del contacto de ruptura por medio de la membrana (364).
21. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la batería (10) hace contacto con los dos contactos de unión de la carcasa (12) de la batería con las zonas (56, 58; 118, 120; 226, 228) de la carcasa (54; 116; 224) de protección aisladas eléctricamente entre sí, siendo conductoras de la electricidad las zonas de la carcasa de protección aisladas entre sí eléctricamente y estando conectadas eléctricamente con un circuito (22) de recarga y/o un circuito (24) de corriente del consumidor.
22. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque al menos un contacto de unión de la carcasa (12) de la batería está unido eléctricamente a través de un paso (214, 260, 315, 348) con sellado hermético y aislado eléctricamente con respecto a la carcasa (190, 252, 298, 340) de protección, con un circuito (22) de recarga y/o un circuito (24) de corriente del consumidor.
23. Dispositivo de protección según la reivindicación 22, caracterizado porque el paso (214, 260, 315, 348) está realizado al menos para un polo y comprende un sustrato (318, 350) cerámico, estando atravesado el sustrato (318, 350) con sellado hermético por una clavija (322, 324, 354, 356) de contacto metálica por cada polo que se haya de pasar.
24. Dispositivo de protección según la reivindicación 23, caracterizado porque las clavijas (354, 356) de contacto están alojadas en el sustrato (350) cerámico y éste en una pared (344) exterior de la carcasa (340) de protección, con sellado hermético por medio de una unión basada en sustancias.
25. Dispositivo de protección según la reivindicación 23, caracterizado porque las clavijas (322, 324) de contacto están alojadas en el sustrato (318) cerámico y éste en un asiento (316) metálico, con sellado hermético por medio de una unión basada en sustancias, estando también unido mediante sustancias el asiento (316) metálico con una pared (300) exterior de la carcasa (298) de protección.
26. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la situación de servicio inadmisible de la batería (10) comprende un incremento de volumen de la batería (10) y/o una salida de gas de la carcasa (12) de la batería que conduce a un incremento de presión en el interior de la carcasa (14, 54, 116, 154, 190, 224, 252, 264, 298, 340) de protección con sellado hermético.
27. Dispositivo de protección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carcasa de protección está configurada como biocompatible.
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